طاقة الرياح وتطور استخدامها فى توليد الكهرباء | مستقبل الطاقة

طاقة الرياح هي الطاقة التي يتم الحصول عليها من قوة الرياح . وهي احدي تقنيات الطاقة المتجددة الأسرع نمواً , يتزايد استخدامها في جميع انحاء العالم .

قفزت القدرة العالمية لتوليد طاقة الرياح من 7.5 جيجاوات فى عام 1997 الي حوالي 564 جيجا وات بحلول عام 2018 , وفي عام 2016 شكلت طاقة الرياح 16 % من الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة .

مزايا وعيوب طاقة الرياح

مزايا طاقة الرياح 

1. طاقة الرياح هي مصدر متجدد للطاقة وتحدث بشكل طبيعي .
2. مصدر طاقة نظيف حيث لا تنتج اي ملوثات للهواء او غازات دفيئة .
3. طاقة الرياح لا تنضب . تهب الرياح ليلاً ونهاراً مما يسمح لتوربينات الهواء بالعمل في الليل والنهار .
4. يمكن استخدام 95 % من المساحة المستخدمة لمزارع الرياح في انشطة اخري مثل الزراعة .
5. طاقة الرياح لا تستخدم المياة , بعكس العديد من مصادر الطاقة الاخري والتي تحتاج المياة للتبريد .
6. يمكن ان توفر الكثير من فرص العمل بداية من التصنيع والتركيب والصيانة .

عيوب طاقة الرياح 

• الكهرباء المولدة غير ثابته , حيث تعتمد علي قوة الرياح وهي غير ثابته وهذا يعني ان التوربينات لا تنتج نفس الكمية من الكهرباء طوال الوقت , وسيكون هناك اوقات لا يتم فيها انتاج كهرباء علي الاطلاق .
• الضوضاء الناتجة عن حركة الشفرات فى التوربينات غير مناسبة اذا كانت قريبة من مجمعات سكنية .
• توربينات الرياح تضر الحياة البرية . حيث تقوم الشفرات بقتل الطيور التي تمر من خلالها في حالة اصطدامها بها .
• التكلفة الاولية لبناء هذه التوربينات مكلفة , بالرغم من انخفاض التكاليف مع مرور الوقت .

توربينات الرياح 

الالات المستخدمة لتحويل الرياح الي كهرباء تسمي التوربينات . التوربين عبارة عن هيكل كبير به عدة شفرات دواره . هذه الشفرات متصلة بمولد كهرومغناطيسي يولد الكهرباء عندما تدور الشفرات .

ظهرت توربينات الرياح لأول مرة منذ اكثر من قرن , وذلك بعد اختراع المولد الكهربائي , وتم توليد طاقة الرياح في المملكة المتحدة والولايات المتحدة الامريكية في عامي 1887 و 1888 .

توربينات الرياح الحديثة 

لقد زادت قدرة توربينات الرياح بمرور الوقت . في عام 1985 كانت التوربينات النموذجية تبلغ سعتها 0.05 ميغاواط وقطر دوار 15 متراً . اما اليوم تتمتع مشاريع الرياح بقدرات توربينات تبلغ حوالي 2 ميجا وتصل الي 3 - 5 ميجاوات داخل المياة . وصلت توربينات الرياح المتوفرة تجارياً الي سعة 8 ميجاواط , وبقطر دوار يصل الي 164 متراً .

يمكن ان يصل ارتفاع توربينات الرياح الحديثة ما بين 80 الي 240 متر . ويتراوح طول الشفرات ما بين 40 متراً الي اكثر من 160 متراً .

كيف تعمل توربينات الرياح

 تعمل توربينات الرياح علي تحويل الطاقة الحركية من الرياح الي طاقة ميكانيكية . فعندما تهب الرياح , تدور الشفرات الدواره , ويؤدي ذلك الي تشغيل العمود الرئيسي لتوربينات الهواء والمتصل بصندوق تروس .

يقوم صندوق التروس بنقل الطاقة الميكانيكية الي مولد الكهرباء . ويمكن من خلال المولد تحويل الطاقة الميكانيكية الي كهرباء . ومن خلال المحول يتم تحويل الكهرباء ذات الجهد المنخفض التي تنتجها التوربينات الي كهرباء متجددة ذات جهد عالي لتوزيعها في شبكة الكهرباء .

تعتمد كمية الطاقة التي يمكن انتاجها من الرياح علي حجم التوربين وطول الشفرات , وكذلك سرعة الرياح واتجاهها . بشكل عام تكون سرعة الرياح أعلي بالقرب من الساحل وفي البحر نظراً لعدم وجود معوقات لحركتها مثل الاشجار والمبني وغيرها . ومع ذلك تواجه طاقة الرياح العديد من التحديات , حيث يمكن ان تختلف سرعة الرياح علي مدار اليوم والسنة ويمكن ان يسبب ذلك مشاكل في تدفق الكهرباء للشبكات .

مزارع الرياح 

تتكون من مئات التوربينات , موزعة علي مساحة كبيرة من الارض , وتكون بأعداد كبيرة لتوليد كم كبير من الكهرباء . يتم ربط التوربينات فى المزرعة من خلال نظام الجهد المتوسط ومن خلال كبلات تحت الارض . تنقل الكابلات الطاقة المولدة الي محطة فرعية لتجميع الطاقة . ومن ثم ارسالها الي شبكات الطاقة .

تحتاج هذه المزارع الي مناطق معروفه بقوة الرياح وبصورة ثابتة . لذلك من المهم عند بناء مثل هذه المزارع دراسة سرعة الرياح واتجاهها لتحديد اماكن وضع التوربينات . تعتبر قمم التلال والمساحات المفتوحة وسواحل البحر والبحيرات الكبيرة مواقع شائعة لانشاء مزارع الرياح . وفي بعض المزارع يتم انشائها داخل المياه الضحلة قبالة السواحل وذلك لتوفير مساحة الارض والاستفادة من سرعة الرياح فى هذه المناطق .

تحتاج مزارع الرياح ايضاً الي مساحات شاسعة من الاراضي , حيث يحتاج كل توربين الي حوالي 1000 متر مربع من الارض , ومع ذلك يمكن استغلال المساحات بين التوربينات للزراعة . 

الاسئلة الشائعة 

ما هي اكبر الدول انتاجاً لطاقة الرياح ؟

• الصين : يبلغ انتاج الصين من الكهرباء باسخدام طاقة الرياح ما يزيد عن 288 جيجاواط في نهاية 2020 , وتعتبر ايضاً الصين من اكبر دول العالم فى استخدام وانتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية . وذلك لان الصين لديها خطه حتي عام 2060 وهو التخلص من الانبعاثات الكربونية , وايقاف استخدام الفحم فى توليد الكهرباء .
• الولايات المتحدة الامريكية : لديها حوالي 122 جيجاواط من طاقة الرياح , ويقدر عدد التوربينات التي تملكها باكثر من 60000 الف توربين .
• المانيا : اكبر الدول في اوروبا في هذا المجال يبلغ اجمالي انتاجها 63 جيجاواط , تهدف المانيا الي توفير 65 % من اجمالي استهلاكها من الكهرباء من مصادر متجددة بحلول عام 2030 .
• الهند : تنتج ما يقرب من 39 جيجاوات , وتحتل المرتبة الرابعة . 
• اسبانيا : تنتج ما يقرب من 27 جيجاوات من طاقة الرياح , وهي المصدر الرئيسي للطاقة المتجددة فى البلاد . 

كيف تتكون الرياح ؟

تتكون الرياح نتيجة اختلاف الضغط الجوي من منطقة لاخري وهو ناتج فى الاساس من الاشعاع الشمسي . بعض المناطق تكون درجة الحرارة فيها اعلي من مناطق اخري , المناطق التي ترتفع فيها درجة الحرارة تؤدي الي تمدد الهواء القريب من سطح الارض ( مناطق الضغط المنخفض ) , بينما المناطق الاكثر برودة ينكمش فيها الهواء ويزداد وزنه ( مناطق الضغط المرتفع ) .

يؤدي هذا الاختلاف بين مناطق الضغط المرتفع والمنخفض الي تحرك الهواء من المناطق ذات الضغط المرتفع الي المناطق ذات الضغط المنخفض وتتولد الرياح .

تختلف سرعات الرياح حسب الجغرافيا والتضاريس والموسم . ولذلك هناك بعض المواقع التي تناسب توليد طاقة الرياح بشكل افضل من غيرها . 

ما مدي كفاءة طاقة الرياح ؟

تكون توربينات الرياح فعالة بنسبة 30 الي 45 % ( بمعني انها تتمكن من التقاط طاقة الرياح المارة خلالها بهذه النسبة ) .

هل يمكن تركيب عامود ( توربين ) رياح علي منزلي ؟

نعم , ويمكنك توفير المال من فواتير الكهرباء , ولكن هذا يعتمد علي شدة الرياح الموجودة فوق منزلك , فالاماكن التي بها تجمعات سكنية عادة ما يكون هناك الكثير من العوائق لحركة الرياح وانتظامها . لذلك يعد تركيب الالواح الشمسية علي اسطح المنازل افضل خيار لتوليد الطاقة لديك .